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半导体光电 2022年第1期43卷 100-109页

作者：况丹卞曙光徐爽刘斌刘贤文喻志农北京理工大学光电学院北京市混合现实与先进显示技术工程研究中心薄膜与显示实验室北京100081 科技部高技术中心北京100044

氧化锌(ZnO)是一种天然的宽禁带半导体材料,其理论上的禁带宽度为3.37 eV,近年来已经成为制备紫外探测器件的热门材料之一。然而,由于ZnO材料的本征缺陷,直接制备的紫外探测器件总是存在响应率低、暗电流大、响应速度慢等问题。为了获... 详细信息

氧化锌(ZnO)是一种天然的宽禁带半导体材料,其理论上的禁带宽度为3.37 eV,近年来已经成为制备紫外探测器件的热门材料之一。然而,由于ZnO材料的本征缺陷,直接制备的紫外探测器件总是存在响应率低、暗电流大、响应速度慢等问题。为了获得更好的紫外探测性能,各种可行的器件改善和修饰方法被提出。文章从元素掺杂、表面修饰和异质结构造等三个方面评述了提升ZnO紫外探测器件性能的典型方法,分析了这些方法存在的问题,并展望了未来高性能紫外探测器的发展方向。

关键词：氧化锌紫外探测器元素掺杂表面修饰异质结构造

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钛镓共掺ZnO纳米粉体及其复合改性的光催化研究

钛镓共掺ZnO纳米粉体及其复合改性的光催化研究

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作者：骆秋子三峡大学

学位级别：硕士

在上个世纪中重工业发展迎来快速发展,而环境污染问题也开始凸显。随着环境保护意识的提升,人们开始注意到废水、污水等水污染问题。其中,水中的有机污染物的处理是污水净化中很难有效处理的一个点,而半导体光催化技术不需要其它条件,... 详细信息

在上个世纪中重工业发展迎来快速发展,而环境污染问题也开始凸显。随着环境保护意识的提升,人们开始注意到废水、污水等水污染问题。其中,水中的有机污染物的处理是污水净化中很难有效处理的一个点,而半导体光催化技术不需要其它条件,只要在光照下就能降解水中的有机污染物,因而半导体催化剂能够替代其它方法成为工业所面临的处理废水的主要手段。到目前为止,光催化技术存在着的关键技术问题是如何研制和开发出高效的光催化剂材料。Zn O作为一种价格便宜、无毒无害、产量高的氧化物半导体材料,能够作为工业应用的光催化剂材料之一。然而,作为一种宽禁带,Zn O(3.37e V)半导体的光有很高的光生电子-空穴对复合率并且催化降解能力表现并不出色。因此,本论文从Ti、Ga两种金属离子掺杂、与其它半导体组成Z形异质结等方向入手,意图改善其光吸收能力和增大粉体比表面积,从而来提高对有机污染物的降解能力。详细的操作流程如下:(1)采用溶胶凝胶法制备Ti掺杂量相同(1 at%)、Ga掺杂量不同的Zn O(TGx Z,x=0.5,1,1.5,2,2.5 at%)纳米粉体。采用X射线衍射(XRD)、紫外/可见光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和红外光谱对Ga/Ti共掺杂Zn O纳米粒子进行了表征。XRD结果表明Ga/Ti共掺杂Zn O具有六方纤锌矿相结构。随着Ga掺杂浓度的增加,Zn O的粒径减小。通过光致发光分析发现,Ga/Ti共掺杂Zn O在可见光区的吸收向长波方向移动。此外,随着Ga掺杂量的增加,GTZ粉体粒径先减小后增大,带隙也减小后增大。当Ga的掺杂量为1.5at%时,光催化活性最好,MB在2.5小时内降解率为90%;(2)采用溶胶凝胶法制备Ga掺杂量相同(1.5 at%)、Ti掺杂量不同的Zn O(TGx Z,x=0.25,0.5,0.75,1,1.5,2,2.5,3,3.5,4,4.5,5,5.5,6 at%)纳米粉体。采用X射线衍射(XRD)、紫外/可见光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和红外光谱对Ti/Ga共掺杂Zn O纳米粒子进行了表征。XRD结果表明Ti/Ga共掺杂Zn O具有六方纤锌矿相结构。氙灯下MB降解的实验结果表明,当Ti掺杂量固定在1.5at%和Ga掺杂量为1.5at%时,TGZ的光催化活性最高,在150min内MB的降解率为96%,随着掺杂量的进一步掺杂,光催化能力并没有明显减低。根据自由基检测结果,·OH自由基和·O-自由基被认为是MB降解的主要活性物质,但随着Ti的掺杂量升高,·OH自由基逐渐占据主导地位。Ti和Ga的共掺杂扩大了Zn O纳米粉体的光吸收范围,抑制了光生电子-空穴对的复合,这是提高Zn O纳米粉体光催化活性的主要原因;(3)在优选的的TGZ材料基础之上,改变退火温度来探讨它的大小对TGZ的影响。用一系列的测试手段对样品的形貌和光电性能进行表征。用亚甲基蓝(MB)溶液的降解实验测试了TGZ材料的光催化活性。在几组TGZ样品中500℃为溶胶凝胶法制备TGZ的最佳温度,在这个温度下制备的TGZ禁带宽度最小,PL发光最弱,相同时间内MB降解率最高,同时温度会影响掺杂元素的掺入量;(4)在制备的不同掺杂比例的TGZ材料中选择降解性能最好的一组来进行下一步优化。选择三聚氰胺为原料,通过改变烧结时的温度制备六组g-CN材料,用简单的单相分散法合成了TGZ与g-CN(TGZ/CN)的复合材料。用一系列的检测方法检验复合产物的形貌和光电性能。使用亚甲基蓝(MB)溶液测试TGZ/CN的光催化性能。在制备的几组样品中TGZ/CN580的催化效果最好,同时在光吸收和电子空穴复合中的表现最好;(5)从制备的六组TGZ/CN复合材料选择TGZ/CN580这一组降解性能最佳的作为研究对象,同样使用单相分散法,制备出四组不同相对含量的TGZ/CN复合材料。用一系列的检测手段分析制备的四组复合材料的形貌和性能,使用亚甲基蓝(MB)的降解实验检测的TGZ/CN的光催化性能。在g-CN比例不同的四组复合样品TGZ/CN10光吸收的范围最大,PL峰值最小,MB降解最快。

关键词：钛镓共掺氧化锌退火温度成分变化异质结构造光催化

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